Исследователи разработали безопасный для окружающей среды метод переработки древесины березы в наноцеллюлозу и другие ценные химические продукты. Для этого специалисты объединили два известных ранее нетоксичных и простых химических процесса. Полученные продукты могут использоваться в медицине, ветеринарии, косметической и пищевой промышленности. Результаты исследования опубликованы в журнале Wood Science and Technology.
Древесина содержит большое количество ценных химических веществ, например, целлюлозу, лигнин, ксилоолигосахариды. Поэтому древесные отходы, такие как опилки, могут перерабатываться и использоваться в медицине, косметологии, пищевой промышленности и других областях. Однако для этого необходимо разработать и подобрать эффективные, но при этом нетоксичные методы превращения древесины в полезные компоненты.
Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и Сибирского федерального университета научились перерабатывать древесину березы в наноцеллюлозу, ксилозу и адсорбенты экологически безопасным методом. Для этого они разработали единый технологический цикл, объединяющий разные безвредные способы переработки.
Обычно для приготовления целлюлоз используются токсичные серо- и хлорсодержащие компоненты, наносящие вред окружающей среде. Специалисты предложили впервые объединить экологически безопасные процессы гетерогенного каталитического гидролиза и перекисной делигнификации, в которых используются нетоксичные реагенты — перекись водорода, вода и органические кислоты. В результате ученые получили из опилок березы микрокристаллическую, микрофибриллированную и нанокристаллическую целлюлозы, а также ксилозу и адсорбенты с поглощающей активностью в два раза выше, чем у коммерческих аналогов.
Для того, чтобы реакция прошла успешно и наиболее эффективно, исследователи определили оптимальные условия ее проведения: температуру, время, необходимые реагенты и их концентрацию. Например, одним из важных решений было использовать вместо токсичных минеральных кислот твердые кислотные катализаторы диоксид циркония и оксид титана. Это позволило не только повысить безопасность проводимых реакций, но и увеличить число получаемых продуктов.
«Наноцеллюлозные материалы, благодаря своим уникальным свойствам, очень востребованы для производства аэрогелей, биокомпозитов, биоразлагаемых материалов, медицинских имплантатов и армированных композитов на полимерной основе, пленок и покрытий. Мы предложили новый подход к получению этих ценных химических продуктов, а также ксилозы, лигнина и энтеросорбентов из древесины березы. В этом подходе мы объединили процессы гетерогенно-каталитического гидролиза и пероксидной делигнификации. Использование твердых кислотных катализаторов вместо минеральных кислот позволяет повысить экологическую безопасность процесса и предотвратить коррозионное воздействие на аппаратуру и, следовательно, уменьшить финансовые затраты. К тому же разработанный метод производства целлюлозных продуктов основан на использовании нетоксичных органических и водно-органических растворителей. Полученные продукты биопереработки могут быть использованы в пищевой и химической промышленности, медицине, ветеринарии, при синтезе новых биополимеров и композитов», — рассказал заведующий лабораторией химии природного органического сырья Института химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН профессор, доктор химических наук Борис Николаевич Кузнецов.
Исследование поддержано Российским научным фондом (№. 21–13-00250).
Группа научных коммуникаций ФИЦ КНЦ СО РАН
